Sellos mecánicosDesempeñan un papel muy importante para evitar fugas en muchas industrias diferentes. En la industria marítima existensellos mecánicos de bombaSellos mecánicos de eje giratorio. Y en la industria del petróleo y el gas existen...sellos mecánicos de cartucho,Sellos mecánicos partidos o sellos mecánicos de gas seco. En la industria automotriz existen sellos mecánicos de agua. Y en la industria química existen sellos mecánicos para mezcladores (sellos mecánicos para agitadores) y sellos mecánicos para compresores.
Dependiendo de las diferentes condiciones de uso, se requiere una solución de sellado mecánico con diferentes materiales. Existen diversos tipos de materiales utilizados.sellos de eje mecánicos como sellos mecánicos de cerámica, sellos mecánicos de carbono, sellos mecánicos de carburo de silicio,Sellos mecánicos SSIC ySellos mecánicos TC.
Sellos mecánicos cerámicos
Los sellos mecánicos cerámicos son componentes críticos en diversas aplicaciones industriales, diseñados para evitar fugas de fluidos entre dos superficies, como un eje giratorio y una carcasa fija. Estos sellos son muy valorados por su excepcional resistencia al desgaste y a la corrosión, y su capacidad para soportar temperaturas extremas.
La función principal de los sellos mecánicos cerámicos es mantener la integridad de los equipos, evitando la pérdida o contaminación de fluidos. Se utilizan en numerosas industrias, como la del petróleo y el gas, el procesamiento químico, el tratamiento de aguas, la farmacéutica y el procesamiento de alimentos. Su amplio uso se debe a su construcción duradera; están fabricados con materiales cerámicos avanzados que ofrecen un rendimiento superior al de otros materiales de sellado.
Los sellos mecánicos cerámicos constan de dos componentes principales: una cara estacionaria mecánica (generalmente de cerámica) y una cara giratoria mecánica (comúnmente de grafito de carbono). El sellado se produce cuando ambas caras se presionan entre sí mediante la fuerza de un resorte, creando una barrera eficaz contra fugas de fluido. Durante el funcionamiento del equipo, la película lubricante entre las caras de sellado reduce la fricción y el desgaste, manteniendo un sellado hermético.
Un factor crucial que distingue a los sellos mecánicos cerámicos de otros tipos es su excepcional resistencia al desgaste. Los materiales cerámicos poseen excelentes propiedades de dureza, lo que les permite soportar condiciones abrasivas sin sufrir daños significativos. Esto se traduce en sellos más duraderos que requieren reemplazo o mantenimiento con menor frecuencia que los fabricados con materiales más blandos.
Además de su resistencia al desgaste, la cerámica también presenta una estabilidad térmica excepcional. Soporta altas temperaturas sin degradarse ni perder su eficacia de sellado. Esto la hace ideal para aplicaciones de alta temperatura donde otros materiales de sellado podrían fallar prematuramente.
Por último, los sellos mecánicos cerámicos ofrecen una excelente compatibilidad química y resistencia a diversas sustancias corrosivas. Esto los convierte en una opción atractiva para industrias que trabajan habitualmente con productos químicos agresivos y fluidos agresivos.
Los sellos mecánicos cerámicos son esencialessellos de componentesDiseñados para prevenir fugas de fluidos en equipos industriales. Sus propiedades únicas, como la resistencia al desgaste, la estabilidad térmica y la compatibilidad química, los convierten en la opción preferida para diversas aplicaciones en múltiples industrias.
| propiedad física de la cerámica | ||||
| Parámetro técnico | unidad | 95% | 99% | 99,50% |
| Densidad | g/cm3 | 3.7 | 3.88 | 3.9 |
| Dureza | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Tasa de porosidad | % | 0.4 | 0.2 | 0,15 |
| Resistencia a la fractura | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Coeficiente de expansión térmica | 10(-6)/K | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Conductividad térmica | W/MK | 27.8 | 26.7 | 26 |
Sellos mecánicos de carbono
Los sellos mecánicos de carbono tienen una larga historia. El grafito es una isoforma del carbono. En 1971, Estados Unidos estudió el exitoso material de sellado mecánico de grafito flexible, que solucionó el problema de las fugas en las válvulas de energía atómica. Tras un procesamiento exhaustivo, el grafito flexible se convierte en un excelente material de sellado, con el que se fabrican diversos sellos mecánicos de carbono que sellan componentes. Estos sellos mecánicos de carbono se utilizan en las industrias química, petrolera y eléctrica, como selladores de fluidos de alta temperatura.
Debido a que el grafito flexible se forma mediante la expansión del grafito expandido después de alta temperatura, la cantidad de agente intercalante que queda en el grafito flexible es muy pequeña, pero no completamente, por lo que la existencia y composición del agente intercalante tienen una gran influencia en la calidad y el rendimiento del producto.
Selección del material de la cara del sello de carbono
El inventor original utilizó ácido sulfúrico concentrado como oxidante e intercalante. Sin embargo, tras su aplicación al sello de un componente metálico, se observó que una pequeña cantidad de azufre restante en el grafito flexible corroía el metal de contacto tras un uso prolongado. En vista de esto, algunos investigadores nacionales han intentado mejorarlo, como Song Kemin, quien optó por ácido acético y ácido orgánico en lugar de ácido sulfúrico. El ácido, lento en ácido nítrico, y la temperatura a temperatura ambiente, se elabora a partir de una mezcla de ácido nítrico y ácido acético. Utilizando esta mezcla como agente de inserción, se preparó grafito expandido sin azufre con permanganato de potasio como oxidante, y se añadió lentamente ácido acético al ácido nítrico. La temperatura se redujo a temperatura ambiente y se preparó la mezcla de ácido nítrico y ácido acético. A continuación, se añadieron a esta mezcla el grafito en escamas natural y el permanganato de potasio. Bajo agitación constante, la temperatura es de 30 °C. Tras 40 minutos de reacción, el agua se lava hasta neutralización y se seca a 50-60 °C. El grafito expandido se obtiene tras la expansión a alta temperatura. Este método evita la vulcanización, siempre que el producto alcance un cierto volumen de expansión, lo que garantiza una relativa estabilidad del material de sellado.
| Tipo | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Marca | Impregnado | Impregnado | Fenol impregnado | Carbono de antimonio (A) | |||||
| Densidad | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Resistencia a la fractura | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Resistencia a la compresión | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Dureza | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Porosidad | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1.5 | <1.5 | <1.5 |
| Temperaturas | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Sellos mecánicos de carburo de silicio
El carburo de silicio (SiC), también conocido como carborundo, se fabrica a partir de arena de cuarzo, coque de petróleo (o coque de carbón), virutas de madera (que se añaden para producir carburo de silicio verde), etc. El carburo de silicio también contiene un mineral raro en la naturaleza: la morera. En la actualidad, entre las materias primas refractarias de alta tecnología, como C, N, B y otras no oxidadas, el carburo de silicio es uno de los materiales más utilizados y económicos, y se puede denominar arena de acero dorado o arena refractaria. Actualmente, la producción industrial china de carburo de silicio se divide en carburo de silicio negro y carburo de silicio verde, ambos con cristales hexagonales con una proporción de 3,20 a 3,25 y una microdureza de 2840 a 3320 kg/m².
Los productos de carburo de silicio se clasifican en diversos tipos según el entorno de aplicación. Generalmente, se utilizan con fines mecánicos. Por ejemplo, el carburo de silicio es un material ideal para sellos mecánicos de carburo de silicio debido a su buena resistencia a la corrosión química, alta resistencia, alta dureza, buena resistencia al desgaste, bajo coeficiente de fricción y alta resistencia a la temperatura.
Los anillos de sellado SIC se dividen en anillos estáticos, móviles y planos, entre otros. El silicio SiC se puede fabricar en diversos productos de carburo, como anillos rotativos, asientos estacionarios y casquillos de carburo de silicio, según las necesidades específicas del cliente. También se puede usar en combinación con grafito, y su coeficiente de fricción es menor que el de la cerámica de alúmina y las aleaciones duras, por lo que es ideal para aplicaciones con valores PV altos, especialmente en condiciones de ácidos y álcalis fuertes.
La menor fricción del SIC es una de las principales ventajas de su uso en sellos mecánicos. Por lo tanto, el SIC resiste mejor el desgaste que otros materiales, prolongando así la vida útil del sello. Además, la menor fricción del SIC reduce la necesidad de lubricación. La falta de lubricación reduce la posibilidad de contaminación y corrosión, mejorando la eficiencia y la fiabilidad.
El SIC también presenta una gran resistencia al desgaste, lo que significa que puede soportar un uso continuo sin deteriorarse ni romperse. Esto lo convierte en el material ideal para aplicaciones que exigen un alto nivel de fiabilidad y durabilidad.
También se puede repulir y pulir, lo que permite renovar un sello varias veces a lo largo de su vida útil. Generalmente se utiliza con fines mecánicos, como en sellos mecánicos, por su buena resistencia a la corrosión química, alta resistencia, alta dureza, buena resistencia al desgaste, bajo coeficiente de fricción y alta resistencia a la temperatura.
Al utilizarse en las caras de los sellos mecánicos, el carburo de silicio mejora el rendimiento, prolonga la vida útil del sello y reduce los costos de mantenimiento y de funcionamiento de equipos rotativos como turbinas, compresores y bombas centrífugas. El carburo de silicio puede tener diferentes propiedades según su proceso de fabricación. El carburo de silicio ligado por reacción se forma mediante la unión de partículas de carburo de silicio entre sí mediante un proceso de reacción.
Este proceso no afecta significativamente la mayoría de las propiedades físicas y térmicas del material, pero sí limita su resistencia química. Los productos químicos más comunes que presentan problemas son los cáusticos (y otros productos químicos con pH alto) y los ácidos fuertes; por lo tanto, el carburo de silicio ligado por reacción no debe utilizarse en estas aplicaciones.
Infiltrado sinterizado por reacciónCarburo de silicio. En este material, los poros del SIC original se rellenan durante la infiltración por calcinación del silicio metálico, lo que genera SiC secundario y el material adquiere propiedades mecánicas excepcionales, volviéndose resistente al desgaste. Gracias a su mínima contracción, puede utilizarse en la producción de piezas grandes y complejas con tolerancias ajustadas. Sin embargo, el contenido de silicio limita la temperatura máxima de funcionamiento a 1350 °C y la resistencia química a un pH aproximado de 10. No se recomienda su uso en entornos alcalinos agresivos.
SinterizadoEl carburo de silicio se obtiene sinterizando un granulado de SIC muy fino precomprimido a una temperatura de 2000 °C para formar enlaces fuertes entre los granos del material.
Primero, la red se engrosa, luego la porosidad disminuye y, finalmente, las uniones entre los granos se sinterizan. Durante este proceso, se produce una contracción significativa del producto, de aproximadamente un 20 %.
Anillo de sello SSIC Es resistente a todos los productos químicos. Al no contener silicio metálico en su estructura, puede utilizarse a temperaturas de hasta 1600 °C sin afectar su resistencia.
| propiedades | R-SiC | S-SiC |
| Porosidad (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Densidad (g/cm3) | 3.05 | 3.1~3.15 |
| Dureza | 110~125 (alta temperatura) | 2800 (kg/mm2) |
| Módulo elástico (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| Contenido de SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| Contenido de Si (%) | ≤15% | 0,10% |
| Resistencia a la flexión (Mpa) | ≥350 | 450 |
| Resistencia a la compresión (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Coeficiente de expansión térmica (1/℃) | 4,5×10-6 | 4,3×10-6 |
| Resistencia al calor (en la atmósfera) (℃) | 1300 | 1600 |
Sello mecánico TC
Los materiales de carburo de tungsteno (TC) se caracterizan por su alta dureza, resistencia, resistencia a la abrasión y a la corrosión. Se les conoce como "dientes industriales". Gracias a su excelente rendimiento, se han utilizado ampliamente en la industria militar, aeroespacial, procesamiento mecánico, metalurgia, perforación petrolera, comunicaciones electrónicas, arquitectura y otros campos. Por ejemplo, en bombas, compresores y agitadores, los anillos de carburo de tungsteno se utilizan como sellos mecánicos. Su buena resistencia a la abrasión y su alta dureza los hacen ideales para la fabricación de piezas resistentes al desgaste, a altas temperaturas, a la fricción y a la corrosión.
Según su composición química y características de uso, el TC se puede dividir en cuatro categorías: tungsteno cobalto (YG), tungsteno-titanio (YT), tungsteno titanio tántalo (YW) y carburo de titanio (YN).
La aleación dura de tungsteno y cobalto (YG) está compuesta de WC y Co. Es adecuada para procesar materiales frágiles como hierro fundido, metales no ferrosos y materiales no metálicos.
La estelita (YT) está compuesta de WC, TiC y Co. Gracias a la adición de TiC a la aleación, se mejora su resistencia al desgaste, pero se reducen la resistencia a la flexión, el rendimiento de rectificado y la conductividad térmica. Debido a su fragilidad a bajas temperaturas, solo es adecuada para el corte a alta velocidad de materiales generales y no para el procesamiento de materiales frágiles.
Se añade tungsteno, titanio, tántalo (niobio) y cobalto (YW) a la aleación para aumentar la dureza, la resistencia y la resistencia a la abrasión a altas temperaturas mediante una cantidad adecuada de carburo de tántalo o carburo de niobio. Al mismo tiempo, se mejora la tenacidad y se logra un mejor rendimiento de corte integral. Se utiliza principalmente para materiales de corte duro y corte intermitente.
El titanio carbonizado (YN) es una aleación dura con una fase dura de TiC, níquel y molibdeno. Sus ventajas son su alta dureza, capacidad antiadherente, antidesgaste creciente y antioxidante. A temperaturas superiores a 1000 grados, aún se puede mecanizar. Es aplicable al acabado continuo de aceros aleados y aceros de temple.
| modelo | contenido de níquel (porcentaje en peso) | densidad (g/cm²) | dureza (HRA) | resistencia a la flexión (≥N/mm²) |
| YN6 | 5.7-6.2 | 14.5-14.9 | 88,5-91,0 | 1800 |
| YN8 | 7.7-8.2 | 14.4-14.8 | 87,5-90,0 | 2000 |
| modelo | contenido de cobalto (% en peso) | densidad (g/cm²) | dureza (HRA) | resistencia a la flexión (≥N/mm²) |
| YG6 | 5.8-6.2 | 14.6-15.0 | 89,5-91,0 | 1800 |
| YG8 | 7.8-8.2 | 14.5-14.9 | 88.0-90.5 | 1980 |
| Año 12 | 11.7-12.2 | 13.9-14.5 | 87.5-89.5 | 2400 |
| YG15 | 14.6-15.2 | 13.9-14.2 | 87,5-89,0 | 2480 |
| YG20 | 19.6-20.2 | 13.4-13.7 | 85,5-88,0 | 2650 |
| YG25 | 24.5-25.2 | 12.9-13.2 | 84.5-87.5 | 2850 |